VIDA & FUTURO

Hace 85 años ganó el Nobel

Albert Einstein

Por Tomás Unger

Estamos en el mes de entrega de los premios Nobel, lo que siempre trae a la memoria a famosos ganadores del pasado. Entre ellos está Albert Einstein, quien, hace 85 años, recibió el Nobel de Física. Junto con Galileo y Newton, Einstein revolucionó la física, y con ella nuestra visión del universo. Sin embargo, no ganó el Premio Nobel por la teoría especial de la relatividad y la fórmula E = mc2 que publicó en 1905 ni por la teoría general de la relatividad publicada en 1915.

La teoría de la relatividad que plantea que la gravedad curva el espacio desviando la luz fue demostrada durante un eclipse solar, el 29 de mayo de 1919, en la Isla Príncipe frente a la costa occidental de África. La fórmula E = mc2 que da la relación masa / energía E = mc2 fue comprobada dramáticamente el 16 de julio de 1945, en Los Álamos, con la primera bomba atómica. Sin embargo, el Premio Nobel le fue otorgado en 1922 por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico, publicado en 1905. Hoy muchos se preguntan por qué, pero hace 85 años hubo una explicación, si bien nunca fue oficial.

LA RELATIVIDAD
A los 85 años del Premio Nobel de Einstein, llevamos más de 100 viviendo con la teoría de la relatividad (ver esta página del 31 de enero del 2005). Aunque sigue siendo difícil de imaginar que el tiempo no transcurre igual para todos y que el espacio se curva por acción de la gravedad, nos hemos acostumbrado a aceptar la idea. Después del experimento de Eddington en la Isla Príncipe otros astrónomos y físicos diseñaron experimentos para obtener pruebas adicionales de la teoría. Hoy la historia de la energía nuclear que debutó dramáticamente es de dominio público. Después de la guerra se dio a conocer la carta de Einstein al presidente Roosevelt que dio lugar al proyecto Manhattan y culminó con la bomba de Hiroshima.

Hace 85 años el panorama de la Física era otro y aún en el comité de los premios Nobel no todos estaban convencidos sobre la relatividad y, según algunos historiadores, no la entendían. Sin embargo, no cabía duda de los méritos de Einstein y, con el eclipse de Príncipe, Eddington había demostrado que la gravedad desvía la luz. Todos estaban de acuerdo en que Einstein merecía un Premio Nobel, y la explicación del efecto fotoeléctrico era un trabajo de capital importancia para la Física. En el discurso de premiación, el comité del Premio Nobel reconoció que la relatividad le quedaba grande con esta frase: "Su teoría de la relatividad, que ha sido objeto de candente debate en círculos filosóficos, tiene también implicancias astrofísicas que estamos examinando rigurosamente".

UN PUNTO DE VISTA
Los antecedentes del trabajo que le valió el Nobel a Einstein se iniciaron en 1839, cuando Becquerel observó que en una solución electroconductora la luz aumentaba el flujo de la corriente. Casi 50 años más tarde, Hertz, el descubridor de las ondas de radio, observó que el tamaño de una chispa aumentaba ante la luz ultravioleta. Dos años más tarde, en 1899, el físico inglés J.J. Thompson, ganador del Nobel por descubrir el electrón, detectó el mismo efecto de la luz en un tubo de rayos catódicos. En 1901 el inventor serbio Nicolás Tesla describió el efecto de la luz sobre el flujo de la corriente eléctrica y patentó un aparato, precursor de las celdas fotoeléctricas de hoy, para aprovechar la radiación solar y producir electricidad.

Todos estos experimentos mostraban que, al caer sobre un metal, la luz produce una pequeña corriente eléctrica, siempre y cuando su longitud de onda sea más corta que la del rojo. La luz roja, no importa cuán intensa sea, no produce corriente en el metal. Cuanto más cortas las ondas, más energéticas y la roja es la más larga (menos energética) del espectro visible. Pero la incongruencia no podía ser explicada si se trata la luz como una onda porque la amplitud (fuerza) de la onda debería compensar su menor energía. Una luz roja muy intensa debería tener el efecto de una luz azul débil y causar una corriente en el metal, lo que no sucede.

En 1905 Einstein presentó en "Anales de Física" un trabajo titulado "Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de la luz". Einstein explicó el fenómeno definiendo la luz como paquetes de energía (fotones). Estas unidades, cuando son de luz roja, no tienen la energía suficiente para sacar de su órbita un electrón y crear la corriente. Un ejemplo sería el de un martillo y un clavo. Si tomamos un pequeño martillo de orfebre y tratamos de clavar un clavo de 5 pulgadas, por más golpes de martillo que demos, el clavo no avanza, en cambio un solo golpe de una comba lo hunde.

En el caso de la luz: la luz roja tiene martillos pequeños y, no importa cuán fuerte se golpee, no tiene la masa suficiente para hundir el clavo (en este caso el electrón). En cambio, un solo combazo de la luz azul lo logra. Esta interpretación de la doble personalidad de la luz, que se comporta como onda pero que consta de fotones, fue el inicio de una serie de avances que culminaron con la teoría cuántica. La descripción matemática de Einstein dio una explicación simple y se basaba en un trabajo de Max Planck --considerado el padre de la Física Cuántica-- publicado en 1901.

EL CCD
El trabajo de Einstein predecía que la energía de los electrones aumentaba con la frecuencia de la luz, independientemente de su intensidad. Hoy el principio fotoeléctrico es aplicado en las celdas solares. En los semiconductores usados con este fin, aun los niveles relativamente bajos de luz pueden producir corriente eléctrica. El CCD (dispositivo de carga acoplada) que reemplaza a la película en las cámaras fotográficas digitales --desde la de los grandes telescopios hasta la de los teléfonos celulares-- usa una variante del efecto fotoeléctrico. En este caso no se trata de mover electrones en un metal sino en un semiconductor.

Hoy nos sorprende que el Premio Nobel de Einstein no le fuese otorgado por haber revolucionado la Física con su teoría de la relatividad, sin embargo, es comprensible dado el tiempo que ha tomado aceptarla. Esto lo ilustra una famosa anécdota. En 1921, dos años después del eclipse de Príncipe, cuando ya Einstein era famoso, viajó a los EE.UU. en barco con el químico J.Weizmann, futuro presidente de Israel. Cuando llegaron a Nueva York, a Weizmann lo esperaban sus familiares. Cuando vieron que se despedía de Einstein, le preguntaron si le había explicado la relatividad y en qué consistía, a lo que contestó: "Me ha hablado de ella todo el tiempo y me ha convencido de que él sí la entiende".